CN110645203A - 一种用于清扫车的三元流化离心风机 - Google Patents

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Abstract

一种用于清扫车的三元流化离心风机，包括蜗壳、风机叶轮和主轴，风机叶轮包括前盘、后盘和多个三元扭曲叶片，定义三元扭曲叶片与前后盘贴合的两侧分别为前后侧面，前后侧面靠近风机叶轮轴线的一端为入口端，远离风机叶轮轴线的一端为出口端，前侧面入口端的叶片曲面切线与前盘上经过前侧面入口端的同心圆切线之间为20~30°的前侧型线入口角，前侧面出口端的叶片曲面切线与前盘上经过前侧面出口端的同心圆切线之间为65~75°的前侧型线出口角，后侧面入口端的叶片曲面切线与后盘上经过后侧面入口端的同心圆切线之间为20~30°的后侧型线入口角，后侧面出口端的叶片曲面切线与后盘上经过后侧面出口端的同心圆切线之间为75~85°的后侧型线出口角。

Description

一种用于清扫车的三元流化离心风机
技术领域
本发明涉及离心风机领域，尤其涉及一种用于清扫车的三元流化离心风机。
背景技术
我国的道路清扫车在清扫能力、除尘效果等清扫作业性能方面基本满足要求，而在噪声、节能、效率等方面仍存在较大缺陷，尤其是道路清扫车上的核心部件离心风机存在噪声大，能耗大，效率低等问题。道路清扫车在正常工况下运行时，风机转速较高，风量大，但效率较低；路面工况恶劣时需要启动强力吸扫模式，需要风机运行速度更高，以产生更大的流量和较高的负压，此时能耗高，噪声大的问题更加突出。目前清扫车用风机普遍使用二元流叶轮，气流流动时由于粘性的作用，流体在进入叶轮流道后，前盘、后盘及叶片表面的粘性边界层向流道内部发展，边界层和主流之间相互作用，形成复杂的流动形式。气流进入集流器，后由轴向转为径向，先收敛后扩压。因此气体在二元流叶轮入口处前子午面上分布不均匀，导致气流在前盘及后盘处的气流角不一致，分离增大，降低效率并产生较大噪音，不仅能耗高，工作效率低且对公共环境造成噪音污染。因此目前普遍使用的清扫车用二元流风机越来越难以满足日益提高的节能与环保要求。目前已经提出了多种三元流化离心风机，但是现有的三元流化离心风机并不是为了清扫车而专门设计的，使其在性能上难以兼顾提高风压和降低噪音，无法满足清扫车专用风机的使用要求。
发明内容
为解决上述现有的离心风机难以满足清扫车使用要求的问题，本发明提供了一种用于清扫车的三元流化离心风机。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于清扫车的三元流化离心风机，包括蜗壳、位于蜗壳内部的风机叶轮和用于带动风机叶轮旋转的主轴，所述的风机叶轮包括前盘、后盘和多个三元扭曲叶片，三元扭曲叶片安装在前盘和后盘之间，多个三元扭曲叶片沿风机叶轮的周向均匀间隔设置，定义三元扭曲叶片与前盘贴合的一侧为前侧面，三元扭曲叶片与后盘贴合的一侧为后侧面，定义前侧面和后侧面靠近风机叶轮轴线的一端均为入口端，前侧面和后侧面远离风机叶轮轴线的一端均为出口端，定义前侧面入口端的叶片曲面切线与前盘上经过前侧面入口端的同心圆切线之间的夹角为前侧型线入口角，前侧型线入口角为20~30°，定义前侧面出口端的叶片曲面切线与前盘上经过前侧面出口端的同心圆切线之间的夹角为前侧型线出口角，前侧型线出口角为65~75°，定义后侧面入口端的叶片曲面切线与后盘上经过后侧面入口端的同心圆切线之间的夹角为后侧型线入口角，后侧型线入口角为20~30°，定义后侧面出口端的叶片曲面切线与后盘上经过后侧面出口端的同心圆切线之间的夹角为后侧型线出口角，后侧型线出口角为75~85°。
优选的，所述前侧型线入口角为25°，前侧型线出口角为70°；后侧型线入口角为25°，后侧型线出口角为80°。
优选的，所述三元扭曲叶片的数量为n个，且12≤n≤18。
优选的，所述三元扭曲叶片的数量为16个。
优选的，所述蜗壳内安装有集流器，集流器的出风口与风机叶轮的进风口相联通，集流器的进风口上安装有进气风管；所述主轴上套装有带轮。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的三元流化离心风机，通过对风机整机进行全工况三维模拟，在人工设计的基础上加入数值仿真手段，利用CFD分析观察流场中气流的速度矢量并对其进行优化，以得到最优、损失最小的三元模型，运用三元流设计方法优化叶片的进、出口角等要素，其结构可适应流体的真实流态，使叶轮内及叶轮出口处的气流更加均匀，从而使蜗壳内部的气流流动也得到改善，有助于减小蜗壳内部气动噪声，减少无用功的损耗，提高气动参数和整机效率；本发明的三元扭曲叶片可使气流更贴合叶片表面流动，有效减少固壁面的流动分离，减少流动损失，根据流场改进叶片各截面角度，获得整机内部的最佳流动状态，抑制边界层的分离，减少相邻叶片间通道涡的存在，使进入蜗壳的气流速度方向和大小更加均匀、叶道出口处的熵增值较小，静压增长稳定，蜗壳内部气流流动均匀，最终得到了适合于清扫车使用的三元扭曲叶片形状，性能不仅远强于二元流风机，相比于现有常用的三元流化离心风机，也能够使风机的风压和效率均提升接近15%，并且使风机的噪音降低8分贝以上，能够同时满足清扫车专用的离心风机既需要较高的风压、又需要降低噪音两方面的要求。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为风机叶轮的示意图；
图3为将后盘拆除后，从后盘朝向前盘方向进行观测的示意图；
图4为图3的局部放大示意图；
图5为前侧型线入口角的示意图；
图6为图5的局部放大示意图；
图7为前侧型线出口角的示意图；
图8为图7的局部放大示意图；
图9为后侧型线入口角的示意图；
图10为图9的局部放大示意图；
图11为后侧型线出口角的示意图；
图12为图11的局部放大示意图；
图13为现有三元流化离心风机的气流流线模拟图；
图14为本发明中靠近前盘位置的气流流线模拟图；
图15为本发明中靠近后盘位置的气流流线模拟图。
图中标记：1、集流器，2、风机叶轮，3、蜗壳，4、主轴，5、带轮，6、进气风管，7、前盘，8、后盘，9、三元扭曲叶片，10、叶片曲面切线，11、同心圆切线。
具体实施方式
参见附图，具体实施方式如下：
一种用于清扫车的三元流化离心风机，包括蜗壳3、位于蜗壳3内部的风机叶轮2和用于带动风机叶轮2旋转的主轴4，蜗壳3内安装有集流器1，集流器1的出风口与风机叶轮2的进风口相联通，集流器1的进风口上安装有进气风管6，主轴4上套装有带轮5，所述的风机叶轮2包括前盘7、后盘8和多个三元扭曲叶片9，三元扭曲叶片9安装在前盘7和后盘8之间，多个三元扭曲叶片9沿风机叶轮2的周向均匀间隔设置，三元扭曲叶片9的数量为n个，且12≤n≤18。
定义三元扭曲叶片9与前盘7贴合的一侧为前侧面，三元扭曲叶片9与后盘8贴合的一侧为后侧面，定义前侧面和后侧面靠近风机叶轮2轴线的一端均为入口端，前侧面和后侧面远离风机叶轮2轴线的一端均为出口端，定义前侧面入口端的叶片曲面切线10与前盘7上经过前侧面入口端的同心圆切线11之间的夹角为前侧型线入口角，前侧型线入口角为20~30°，定义前侧面出口端的叶片曲面切线10与前盘7上经过前侧面出口端的同心圆切线11之间的夹角为前侧型线出口角，前侧型线出口角为65~75°，定义后侧面入口端的叶片曲面切线10与后盘8上经过后侧面入口端的同心圆切线11之间的夹角为后侧型线入口角，后侧型线入口角为20~30°，定义后侧面出口端的叶片曲面切线10与后盘8上经过后侧面出口端的同心圆切线11之间的夹角为后侧型线出口角，后侧型线出口角为75~85°。
本实施例中采用的三元扭曲叶片形状，为通过CFD分析观察流场中气流的速度矢量并对其进行优化，以得到最优、损失最小的三元模型，运用三元流设计方法优化后所得的叶片形状，使叶轮内及叶轮出口处的气流更加均匀，从而使蜗壳内部的气流流动也得到改善，其中为了达到最优效果，将三元扭曲叶片9的数量设为16个，并确定前侧型线入口角为25°，前侧型线出口角为70°，后侧型线入口角为25°，后侧型线出口角为80°，能够获得最佳的效果。对本实施例中上述尺寸的三元流化离心风机与现有技术中常用的三元流化离心风机进行性能对比试验，结果如下：
Figure 834820DEST_PATH_IMAGE001
图13、14和15均为根据三元流化离心风机在性能对比试验中的气流实际流动情况所作的气流流线模拟图，从图13与图14、15的对比中可以看出，现有技术中常用的三元流化离心风机在运行时，气流从叶轮外端向叶轮中心的流动并不顺畅，如图13所示在叶片之间的流道内产生较多的涡流，影响气流场整体的稳定性和均匀性，因此会降低风机效率，并产生较大噪音；而本实施例中的三元流化离心风机由于采用了较小的型线入口角和较大的型线出口角，通过这两方面因素所配合确定的叶片形状能够提升风机压力，使气流从叶轮外端向叶轮中心的流动极为顺畅，如图14、15所示在叶片之间的流道内无涡流产生，提升了气流场整体的稳定性和均匀性，因此本实施例在实际运行时的气动性能较好、效率更高，并能够显著降低风机噪音。
由上表中的试验结果具体数据可知，本实施例与现有技术中的常用三元流化离心风机相比，在风量不变的情况下，最高效率点的风压提高了14.5%，效率提高15.5%，在提高气动性能的情况进一步降低实际功率，降低能耗，能够更好地满足清扫车所需的较大风压；本实施例的噪声值降低8.5分贝，显著降低噪音，也就能够更好地满足清扫车在城市道路上行走时降低噪音的要求。

Claims (5)

1.一种用于清扫车的三元流化离心风机，包括蜗壳（3）、位于蜗壳（3）内部的风机叶轮（2）和用于带动风机叶轮（2）旋转的主轴（4），所述的风机叶轮（2）包括前盘（7）、后盘（8）和多个三元扭曲叶片（9），三元扭曲叶片（9）安装在前盘（7）和后盘（8）之间，多个三元扭曲叶片（9）沿风机叶轮（2）的周向均匀间隔设置，其特征在于：定义三元扭曲叶片（9）与前盘（7）贴合的一侧为前侧面，三元扭曲叶片（9）与后盘（8）贴合的一侧为后侧面，定义前侧面和后侧面靠近风机叶轮（2）轴线的一端均为入口端，前侧面和后侧面远离风机叶轮（2）轴线的一端均为出口端，定义前侧面入口端的叶片曲面切线（10）与前盘（7）上经过前侧面入口端的同心圆切线（11）之间的夹角为前侧型线入口角，前侧型线入口角为20~30°，定义前侧面出口端的叶片曲面切线（10）与前盘（7）上经过前侧面出口端的同心圆切线（11）之间的夹角为前侧型线出口角，前侧型线出口角为65~75°，定义后侧面入口端的叶片曲面切线（10）与后盘（8）上经过后侧面入口端的同心圆切线（11）之间的夹角为后侧型线入口角，后侧型线入口角为20~30°，定义后侧面出口端的叶片曲面切线（10）与后盘（8）上经过后侧面出口端的同心圆切线（11）之间的夹角为后侧型线出口角，后侧型线出口角为75~85°。
2.根据权利要求1所述的一种用于清扫车的三元流化离心风机，其特征在于：所述前侧型线入口角为25°，前侧型线出口角为70°；后侧型线入口角为25°，后侧型线出口角为80°。
3.根据权利要求1所述的一种用于清扫车的三元流化离心风机，其特征在于：所述三元扭曲叶片（9）的数量为n个，且12≤n≤18。
4.根据权利要求3所述的一种用于清扫车的三元流化离心风机，其特征在于：所述三元扭曲叶片（9）的数量为16个。
5.根据权利要求1所述的一种用于清扫车的三元流化离心风机，其特征在于：所述蜗壳（3）内安装有集流器（1），集流器（1）的出风口与风机叶轮（2）的进风口相联通，集流器（1）的进风口上安装有进气风管（6）；所述主轴（4）上套装有带轮（5）。
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